350 MW超臨界鍋爐機組深度調(diào)峰能力試驗

趙 越，薛澤海，王桂林，邊 疆

(1.國網(wǎng)天津市電力公司電力科學研究院，天津 300384；2.天津市電力科技發(fā)展有限公司，天津 300384)

0 前言

我國能源結(jié)構(gòu)決定了以煤炭為主的能源格局將長期存在，電力建設(shè)以燃煤電廠為主仍然是我國國情的客觀選擇。截止2015年年底，我國全口徑火電裝機9.9億kW，其中煤電裝機8.8億kW，占比為 88.9 %。

隨著我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的深入調(diào)整，用電負荷增長緩慢，發(fā)電能力總體富裕、局部過剩，峰谷差越來越大，電網(wǎng)調(diào)峰成為常態(tài)，且面臨壓力越來越大。2015年，火電發(fā)電設(shè)備利用小時創(chuàng)1969年以來的年度最低值 4 329 h，同比下降 410 h；2016 年1—9月，全國火電發(fā)電小時數(shù)下跌6.5 %，預計在“十三五”期間將繼續(xù)大幅下降。而以風電、太陽能電力為代表的新能源電力在電網(wǎng)中占的比重越來越大；因其具有隨機性與波動性等特性，已成為電網(wǎng)的擾動源。

由于電網(wǎng)承受擾動的能力是有限的，當超過電網(wǎng)容納能力時，會對電力系統(tǒng)穩(wěn)定構(gòu)成威脅。新能源電力同時具有反調(diào)峰特性，加劇了電網(wǎng)的峰谷差，給調(diào)峰機組帶來更大的壓力。深度調(diào)峰是發(fā)電機組超過基本調(diào)峰范圍進行調(diào)峰的一種運行方式(一般深度調(diào)峰的調(diào)峰深度為60 %—70 % BMCR，即負荷下降到 30 %—40 % BMCR 運行)。通過加大調(diào)峰容量，給電力系統(tǒng)配置調(diào)頻電源，保證系統(tǒng)頻率在可調(diào)范圍內(nèi)。

大型燃煤火電機組作為電網(wǎng)調(diào)峰的主力軍，普遍面臨深度調(diào)峰問題，且調(diào)峰幅度越來越大，調(diào)峰任務(wù)也越來越重。為了準確掌握燃煤機組深度調(diào)峰的能力，確保調(diào)峰在安全穩(wěn)定、環(huán)保排放達標的狀態(tài)下進行，現(xiàn)對某350 MW超臨界鍋爐機組的深度調(diào)峰運行能力進行了試驗。

1 深度調(diào)峰試驗

1.1 鍋爐設(shè)備簡介

該機組鍋爐由北京巴布科克·威爾科克斯有限公司設(shè)計和制造，為超臨界參數(shù)變壓運行、螺旋管圈水冷壁、單爐膛、一次中間再熱、前后墻對沖、平衡通風、固態(tài)排渣、半露天布置、全鋼構(gòu)架的P型直流鍋爐，型號為B&WB-1136/25.4-M。鍋爐配有無爐水循環(huán)泵的內(nèi)置式啟動系統(tǒng)，運轉(zhuǎn)層以下封閉，運轉(zhuǎn)層標高為12.6 m。

鍋爐采用美國B&W公司SWUP超臨界直流燃煤鍋爐的典型布置，汽水分離器及儲水箱布置在爐前，爐膛由下部螺旋膜式水冷壁和上部垂直膜式水冷壁構(gòu)成。爐膛出口布置屏式過熱器，折焰角上方布置后屏過熱器和高溫過熱器，高溫再熱器布置在水平煙道處。尾部豎井由隔墻分隔成前后2個煙道，前部煙道布置低溫再熱器，后部煙道布置低溫過熱器和省煤器。前后煙道底部設(shè)置煙氣調(diào)溫擋板，以調(diào)節(jié)再熱汽溫。

鍋爐主要設(shè)計參數(shù)如表1所示。

表1 鍋爐主要設(shè)計參數(shù)(設(shè)計煤種)

1.2 試驗方法

機組電負荷由350 MW降至175 MW，這屬于正常的降負荷運行工況，可按照正常的降負荷曲線進行操作，停運第4，5層燃燒器和對應的磨煤機。深度調(diào)峰試驗分2個階段進行。

1.2.1 第 1 階段

深度調(diào)峰試驗的第1階段，降負荷區(qū)間從175 MW 開始，逐漸滑降至 157.5 MW(45 % 額定負荷)。根據(jù)蒸發(fā)量的需要，停運第1層燃燒器和對應的磨煤機，降負荷期間需要停頓2—3個負荷點，觀察機組的運行狀態(tài)，確認沒有問題后再繼續(xù)降至45 %額定負荷。穩(wěn)定運行30 min后開始正式試驗，通過火焰電視和就地觀察等手段，觀察各燃燒器實際燃燒情況，并記錄各項試驗參數(shù)。

1.2.2 第 2 階段

深度調(diào)峰試驗的第2階段，降負荷區(qū)間從157.5 MW 緩慢滑降至 140 MW(40 % 額定負荷)。為保證主蒸汽和再熱蒸汽參數(shù)滿足汽機安全運行的要求，需同時進行細致的配風調(diào)整。此負荷段滑降應緩慢進行，并分別在153 MW，149 MW和144 MW負荷點穩(wěn)定15 min，嚴密觀測爐膛負壓波動和爐膛出口煙溫的下降幅度變化情況。通過火焰電視和就地觀察等手段監(jiān)測爐膛火焰燃燒狀況，運行比較穩(wěn)定后繼續(xù)降負荷至140 MW工況，穩(wěn)定30 min后開始試驗，試驗時間約為2 h。

此階段工況下，需要嚴密監(jiān)視脫硝入口煙氣溫度變化及脫硝出口NOX排放濃度。如果脫硝入口煙氣溫度降至309 ℃或者NOX排放濃度超過50 mg/Nm3，運行人員應當停止降負荷并作出及時調(diào)整。

2 試驗結(jié)果

鍋爐深度調(diào)峰的試驗結(jié)果如表2所示。

表2 鍋爐深度調(diào)峰試驗數(shù)據(jù)

試驗結(jié)果顯示，鍋爐電負荷能夠降至140 MW(40 % BMCR)，并在此負荷下穩(wěn)定運行了 2 h。在試驗期間，減溫水量控制適中，在滿足主、再熱汽溫的同時，無壁溫超溫現(xiàn)象；在低負荷運行時，汽水、風煙系統(tǒng)參數(shù)運行正常，鍋爐負壓波動較小，火焰燃燒穩(wěn)定，機組相關(guān)輔機設(shè)備運行正常。鍋爐的著火穩(wěn)定性方面不存在問題，具有進一步降低負荷的潛力。

同時，在深度調(diào)峰工況運行期間，機組的NOx 排放濃度為 21.7—42.2 mg/Nm3，SO2排放濃度為 7.9—14.0 mg/Nm3，煙塵排放濃度為 1.5—4.1 mg/Nm3，均低于超低排放的要求，表明此鍋爐機組能夠在60 % BMCR深度調(diào)峰工況下安全穩(wěn)定運行，同時滿足污染物排放的要求。機組在140 MW電負荷下運行時，SCR入口溫度降低到310.9 ℃，接近了SCR設(shè)備要求的臨界值309 ℃，存在一定的風險，若繼續(xù)降低負荷，SCR系統(tǒng)將會退出運行，導致NOx排放超標。

3 結(jié)論

從試驗結(jié)果總體分析，該350 MW超臨界鍋爐機組深度調(diào)峰能力為60 % BMCR，同時滿足各項污染物的超低排放要求，但存在SCR入口煙溫過低時會導致SCR系統(tǒng)退出運行的風險。因此，提出60 % BMCR深度調(diào)峰安全運行的重點措施或者適當提高深度數(shù)值(如45%)，以規(guī)避SCR系統(tǒng)退出運行的風險，是該電廠亟需考慮和解決的問題。

參考文獻：

1 林 俐，鄒蘭青，周 鵬，等.規(guī)模風電并網(wǎng)條件下火 電機組深度調(diào)峰的多角度經(jīng)濟性分析[J].電力系統(tǒng)自動 化，2017，41(7)：21-27.

2 沈 利，徐書德，關(guān) 鍵，等.超臨界大容量火電機組 深度調(diào)峰對燃煤鍋爐的影響[J].發(fā)電設(shè)備，2016，30(1)： 21-23.

3 焦慶豐，雷 霖，李 明，等.國產(chǎn)600 MW超臨界機 組寬度調(diào)峰試驗研究[J].中國電力，2013，46(10)：1-4.